EP0679199B1 - Alliage de type aluminium-silicium-magnesium a ductilite et emboutissabilite ameliorees et procede d'obtention - Google Patents
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- C22F1/05—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys of the Al-Si-Mg type, i.e. containing silicon and magnesium in approximately equal proportions
Definitions
- the invention relates to aluminum alloys of the Al-Si-Mg type with ductility. and improved stampability, used in the form of sheets or strips, as well as a process for obtaining them.
- the sheets or bands are particularly intended for stamping and in particular for automobile body.
- Mn is favorable to mechanical strength and to deformability; this action is sensitive beyond 0.1%; however, above 0.8% Mn, coarse compounds (Al, Mn, Fe) are formed which impair formability.
- Mg the elastic limit after curing of the coatings is too low; for values greater than 0.8%, the formability becomes insufficient and the maturation too rapid.
- Si content is less than 0.5%, the mechanical characteristics are too low; if Si> 1.3%, coarse primary compounds appear and impair formability.
- Cu content is greater than 0.9%, the corrosion resistance (intercrystalline) is insufficient.
- Fe content is greater than 0.5%, this results in coarse precipitation which is detrimental to formability.
- the method according to the invention comprising the casting operations, reheating, hot rolling and possibly cold rolling, dissolution and quenching, maturing and possibly surface coating and "cooking” thereof, is characterized in that the temperature of the reheating before hot rolling and the inlet temperature to the rolling mill hot is between 460 and 520 ° C.
- the temperature holding time is between 30 min and 24 h.
- the temperature at the end of hot rolling is preferably less than 400 ° C. and even 350 ° C.
- the dissolution is preferably carried out between 520 and 570 ° C. and in particular, between 550 and 570 ° C, for 5 min to 1 h.
- Average speed quenching temperature is preferably greater than 100 ° C / sec.
- a pass-through oven can be used.
- the alloy matures at room temperature and reaches a hardness stationary in about 15 days, state in which it is able to undergo formatting.
- the alloy may undergo tempering hardening during the baking treatment of the coating (around 180 ° C. for 30 min). It has however been noted that in the case of an alloy homogenized in a conventional manner, the practice of a pre-annealing between 70 and 150 ° C for 0.5 to 5 h after quenching leads to a significant increase in the coefficient d 'hardening n (after maturation) and a significant increase in the mechanical strength characteristics (after curing of the coatings).
- Figure 1 represents the evolutions of the coefficient of work hardening n with the matured state as a function of the elastic limit in the hardened state with and without pre-income, under the conditions shown in Example 2.
- the alloys were produced in ingots, 1.25 ⁇ 0.6 m 2 in section, scalped, reheated (rising speed: 46 ° C / h; holding temperature: 480 ° C) and hot rolled with an inlet temperature of 480 ° C and an outlet temperature of 310 ° C to a thickness of 4mm, then cold rolled to a thickness of 1.2mm.
- the biaxial expansion test consists of deforming a sheet 300x300x1.2 mm maintained by a circular blank with a diameter of 250 mm by pressure hydraulic. The deformation is measured at the top of the dome formed. It can be seen that the alloy according to the invention exhibits improved formability characteristics compared to those of alloys obtained according to the prior art. There is also a slight hardening which is not specifically sought in the invention.
- the Mn precipitates have a median size of 0.06 ⁇ m with a maximum dimension of 0.18 ⁇ m.
- Alloy Composition weight%) Mn Mg Yes Cu Fe AT 0.1 0.35 0.9 0.1 0.25 B 0.4 0.45 0.9 0.1 0.25 VS 0.4 0.4 1.1 0.4 0.25 Range Reheating Dissolution State (T4)
- Speed Maintenance 1 46 ° C / h 1h at 580 ° C 30 sec at 550 ° C 15 days at 20 ° C 2 (claimed) 46 ° C / h 2h at 480 ° C 30 min at 550 ° C 15 days at 20 ° C Alloy Range R 0.2, (MPa) Rm (MPa) AT % A% distributed ⁇ f (%) AT 1 105 220 25 19 52 B 1 115 230 29 22 59 B 2 120 235 31 23 62 VS 1 135 250 28 21 53 VS* 2 140 255 30 23 60
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Description
L'invention concerne des alliages d'aluminium type Al-Si-Mg à ductilité
et emboutissabilité améliorées, utilisés sous forme de tôles ou bandes,
ainsi qu'un procédé d'obtention de ceux-ci. Les tôles ou bandes sont
particulièrement destinées à l'emboutissage et en particulier à la
carrosserie automobile.
Pour une résistance mécanique donnée, la ductilité et l'emboutissabilité
sont les caractéristiques essentielles des tôles ou bandes destinées à
être mises en forme à froid, avant revêtements superficiels telles que la
peinture et "cuisson" de ceux-ci.
Les alliages classiques utilisés dans ce domaine, tels que les alliages
6009, 6016, 6111 (décrit dans le brevet US 4 614 552), selon la
désignation de l'Aluminium Association présentent encore des
caractéristiques mécaniques d'utilisation et de formabilité
insuffisantes.
Le brevet EP 0 375 572 de la demanderesse décrit un alliage contenant (en
poids %) :
L'alliage selon l'invention contient (en poids %) :
La composition préférée est la suivante :
On sait que la présence de Mn est favorable à la résistance mécanique et
à la déformabilité; cette action est sensible au-delà de 0,1%; cependant
au-delà de 0,8% Mn, il y a formation de composés (Al,Mn,Fe) grossiers qui
nuisent à la formabilité. La demanderesse a aussi trouvé que des teneurs
élevées en Mn conduisent à une homogénéisation de la déformation
microscopique, ce qui est favorable à une bonne répartition des
déformations.
Pour des valeurs de Mg inférieures à 0,25%, la limite élastique après cuisson des revêtements est trop faible; pour les valeurs supérieures à 0,8%, la formabilité devient insuffisante et la maturation trop rapide.
Si la teneur en Si est inférieure à 0,5%, les caractéristiques mécaniques sont trop faibles; si Si > 1,3%, des composés primaires grossiers apparaissent et nuisent à la formabilité.
Si la teneur en Cu est supérieure à 0,9%, la tenue à la corrosion (intercristalline) est insuffisante.
Si la teneur en Fe est supérieure à 0,5%, il en résulte une précipitation grossière néfaste à la formabilité.
Pour des valeurs de Mg inférieures à 0,25%, la limite élastique après cuisson des revêtements est trop faible; pour les valeurs supérieures à 0,8%, la formabilité devient insuffisante et la maturation trop rapide.
Si la teneur en Si est inférieure à 0,5%, les caractéristiques mécaniques sont trop faibles; si Si > 1,3%, des composés primaires grossiers apparaissent et nuisent à la formabilité.
Si la teneur en Cu est supérieure à 0,9%, la tenue à la corrosion (intercristalline) est insuffisante.
Si la teneur en Fe est supérieure à 0,5%, il en résulte une précipitation grossière néfaste à la formabilité.
Le procédé de fabrication habituellement utilisé comporte les opérations
suivantes :
- coulée d'un alliage de composition donnée sous forme de lingots ou de bandes
- homogénéisation éventuelle
- réchauffage et laminage à chaud
- laminage à froid
- mise en solution
- mise en forme à froid à l'état T4
- revêtement superficiel éventuel et sa "cuisson", par exemple une peinture (laquelle contribue au durcissement de l'alliage) -voir par exemple US 4614552, US 4784921, US 4840852, WO 87/02712.
La demanderesse a trouvé que cette gamme pouvait être simplifiée et/ou
améliorée, d'une part en réduisant l'étape d'homogénéisation à un
réchauffage avant laminage à chaud, ou d'autre part, en introduisant une
trempe rapide et une étape de pré-revenu après trempe et avant
mâturation.
Ainsi, le procédé selon l'invention, comportant les opérations de coulée,
réchauffage, laminage à chaud et éventuellement à froid, mise en solution
et trempe, mâturation et éventuellement revêtement superficiel et
"cuisson" de celui-ci, est caractérisé en ce que la température du
réchauffage avant laminage à chaud et la température d'entrée au laminoir
à chaud est comprise entre 460 et 520°C.
Une montée en température à une vitesse comprise entre 10°C/h et 150°C/h
et une température de maintien limitée entre 460°C et 520°C conduisent en
effet à un maximum de la densité volumique des précipités, au Mn :
Al(Fe,Mn)Si; leur taille maximale est inférieure à 0,2 µm et leur taille
médiane est inférieure à 0,07 µm.
Après montée en température, la durée de maintien en température est
comprise entre 30 min et 24 h.
La température de fin de laminage à chaud est de préférence inférieure à 400°C et même 350°C.
La température de fin de laminage à chaud est de préférence inférieure à 400°C et même 350°C.
Les fins précipités au manganèse subsistent jusqu'au stade final, et la
demanderesse émet l'hypothèse que la présence de ceux-ci est à l'origine
de l'amélioration des caractéristiques de mise en forme à froid.
La mise en solution est de préférence réalisée entre 520 et 570°C et en
particulier, entre 550 et 570°C, pendant 5 min à 1 h. La vitesse moyenne
de trempe est de préférence supérieure à 100°C/sec.
Pour les faibles durées de maintien, un four à passage peut être utilisé.
Typiquement l'alliage mûrit à l'ambiante et atteint une dureté
stationnaire en 15 jours environ, état dans lequel il est apte à subir
des mises en forme.
Après formage et éventuellement un revêtement de surface, l'alliage peut
subir un durcissement par revenu au cours du traitement de cuisson du
revêtement (vers 180°C pendant 30 min). Il a cependant été remarqué que
dans le cas d'un alliage homogénéisé de façon classique, la pratique d'un
pré-revenu entre 70 et 150°C pendant 0,5 à 5 h après la trempe conduit à
une augmentation notable du coefficient d'écrouissage n (aprés
mâturation) et à une augmentation significative des caractéristiques de
résistance mécanique (après cuisson des revêtements).
Le coefficient d'écrouissage est égal à n = d(Lnσ)/dε, σ étant la contrainte de Von Misès et ε la déformation équivalente de Von Misès pour des déformations en traction comprises entre 5 et 20% (ε=Ln (1/1o)).
Le coefficient d'écrouissage est égal à n = d(Lnσ)/dε, σ étant la contrainte de Von Misès et ε la déformation équivalente de Von Misès pour des déformations en traction comprises entre 5 et 20% (ε=Ln (1/1o)).
La figure 1 représente les évolutions du coefficient d'écrouissage n à
l'état mûri en fonction de la limite élastique à l'état durci avec et
sans pré-revenu, dans les conditions reportées à l'Exemple 2.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants :
Les alliages dont la composition est reportée au Tableau I ont été
élaborés en lingots, de 1,25x0,6 m2 de section, scalpés, réchauffés
(vitesse de montée : 46°C/h; température de maintien: 480°C) et laminés à
chaud avec une température d'entrée de 480°C et une température de sortie
de 310°C jusqu'à une épaisseur de 4mm, puis à froid jusqu'à une épaisseur
de 1,2mm.
La mise en solution en four à passage a été effectuée dans les conditions
données au Tableau II, refroidissement brouillard puis les tôles ont subi
un vieillissement de 15 jours à la température ambiante avant essais.
Les caractéristiques mécaniques (sens long) et les déformations à rupture
ε f en expansion biaxiale obtenues sont reportés au Tableau III.
Le test d'expansion biaxiale consiste à déformer une tôle 300x300x1,2 mm
maintenue par un flan circulaire de diamètre 250 mm par une pression
hydraulique. La déformation est mesurée au sommet du dôme formé.
On peut constater que l'alliage suivant l'invention présente des
caractéristiques de formabilité améliorées par rapport à celles des
alliages obtenus selon l'art antérieur. On constate également un léger
durcissement qui n'est pas spécifiquement recherché dans l'invention.
Les précipités au Mn ont une taille médiane à 0,06 µm avec une dimension
maximale de 0,18 µm.
| Alliage | Composition (poids %) | ||||
| Mn | Mg | Si | Cu | Fe | |
| A | 0,1 | 0,35 | 0,9 | 0,1 | 0,25 |
| B | 0,4 | 0,45 | 0,9 | 0,1 | 0,25 |
| C | 0,4 | 0,4 | 1,1 | 0,4 | 0,25 |
| Gamme | Réchauffage | Mise en solution | Etat (T4) | |
| Vitesse | Maintien | |||
| 1 (témoin) | 46°C/h | 1h à 580°C | 30 sec à 550°C | 15 j à 20°C |
| 2 (revendiquée) | 46°C/h | 2h à 480°C | 30 min à 550°C | 15 j à 20°C |
| Alliage | Gamme | R 0, 2 (MPa) | Rm (MPa) | A % | A % réparti | ε f (%) |
| A | 1 | 105 | 220 | 25 | 19 | 52 |
| B | 1 | 115 | 230 | 29 | 22 | 59 |
| B | 2 | 120 | 235 | 31 | 23 | 62 |
| C | 1 | 135 | 250 | 28 | 21 | 53 |
| C* | 2 | 140 | 255 | 30 | 23 | 60 |
Un alliage de composition pondérale suivante (en %)
Si: 1,08 Fe: 0,10 Cu : 0,05 Mn: 0,38 Mg: 0,40 a été coulé en plateaux de 1,25 x 0,6 m2, homogénéisé à 520°C pendant 33 h, laminé à chaud jusqu'à 4 mm d'épaisseur entre 494 et 304°C, laminé à froid jusqu'à 1,2 mm d'épaisseur, mis en solution dans un four à air avec une montée en 30 min à 560°C et maintien de 5 min à cette température et trempe à l'eau à 20°C.
10 min après la trempe, des échantillons ont subi un pré-revenu de 2 h à 100°C, d'autres échantillons de comparaison n'étant pas traités.
Les essais de traction ont été effectués 14 jours après la trempe et certains échantillons ont été contrôlés après un revenu de 30 min à 180°C, simulant les conditions de cuisson des revêtements.
Si: 1,08 Fe: 0,10 Cu : 0,05 Mn: 0,38 Mg: 0,40 a été coulé en plateaux de 1,25 x 0,6 m2, homogénéisé à 520°C pendant 33 h, laminé à chaud jusqu'à 4 mm d'épaisseur entre 494 et 304°C, laminé à froid jusqu'à 1,2 mm d'épaisseur, mis en solution dans un four à air avec une montée en 30 min à 560°C et maintien de 5 min à cette température et trempe à l'eau à 20°C.
10 min après la trempe, des échantillons ont subi un pré-revenu de 2 h à 100°C, d'autres échantillons de comparaison n'étant pas traités.
Les essais de traction ont été effectués 14 jours après la trempe et certains échantillons ont été contrôlés après un revenu de 30 min à 180°C, simulant les conditions de cuisson des revêtements.
Les résultats obtenus sont reportés sur le Tableau IV ci-après et
représentés graphiquement sur la figure 1.
On peut constater les effets bénéfiques du pré-revenu sur le coefficient n à l'état mûri (T4) et sur les caractéristiques mécaniques après cuisson des revêtements.
On peut constater les effets bénéfiques du pré-revenu sur le coefficient n à l'état mûri (T4) et sur les caractéristiques mécaniques après cuisson des revêtements.
Des produits ont été traités conformément à l'Exemple 2, sauf en ce qui
concerne différentes vitesses de refroidissement lors de la trempe.
Les résultats obtenus sont reportés au Tableau V.
| Vitesse de trempe (°C/sec) | ETAT T4 | 30 min à 180°C R 0,2 | |||
| R 0,2 (MPa) | Rm (MPa) | A (%) | Au (%) | (MPa) | |
| 6 | 111 | 247 | 30,7 | 22,2 | 120 |
| 20 | 117 | 251 | 30,9 | 23,4 | 136 |
| 580 | 140 | 271 | 32,4 | 24,4 | 161 |
On constate que les vitesses de trempe élevées sont nettement favorables
à l'obtention des caractéristiques mécaniques élevées à l'état durci,
avec une augmentation de l'allongement réparti à l'état T4.
Claims (11)
- Alliage d'aluminium pour bandes et tôles destinées à l'emboutissage caractérisé en ce qu'il contient en poids % :de 0,15 à 0,65 Mnde 0,3 à 0,6 Mgde 0,7 à 1,2 Side 0,1 à 0,5 Cujusqu'à 0,4 Fe.jusqu'à 0,05 (chacun et 0,15 (au total) d'autres élémentsreste Al
- Alliage selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il contient :de 0,25 à 0,45 Mnde 0,3 à 0,5 Mgde 0,85 à 1,10 Side 0,1 à 0,3 Oujusqu'à 0,3 Fe.
- Alliage suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il contient des précipités au Mn, type A1 (Mn, Fe) Si, dont la taille médiane est inférieure à 0,07 µm et la taille maximale inférieure à 0,20 µm.
- Méthode d'obtention de tôles ou bandes en alliage d'Al suivant l'une des revendications 1 à 3, comportant un réchauffage sans homogénéisation et un laminage à chaud (et éventuellement à froid), une mise en solution et trempe et une mâturation à la température ambiante, caractérisée en ce que la température de réchauffage et de début de laminage à chaud est comprise entre 460 et 520°C.
- Méthode selon la revendication 4, caractérisée en ce que la durée de maintien à la température est comprise entre 30 min et 24 h.
- Méthode selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la vitesse de montée en température est comprise entre 10°C/h et 150°C/h.
- Méthode selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la température de fin de laminage à chaud est inférieure à 400°C, et de préférence inférieure à 350°C.
- Méthode selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que la mise en solution a lieu entre 520 et 570°C, pendant 5 min à 1 h.
- Méthode selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que la mâturation à la température ambiante est au moins de 15 jours.
- Méthode d'obtention de tôles ou bandes en alliage d'Al suivant l'une des revendications 1 à 3 comportant au moins une homogénéisation ou un réchauffage des lingots, un laminage à chaud (et éventuellement à froid), une mise en solution et trempe, une mâturation, une mise en forme, et un traitement de cuisson des revêtements, caractérisée en ce qu'un pré-revenu entre 70 et 150°C d'une durée de 0,5 à 5 h est pratiqué entre la trempe et la mâturation.
- Méthode d'obtention d'une tôle ou bande d'alliage d'Al suivant la revendication 10 caractérisée en ce que la vitesse moyenne de refroidissement lors de la trempe est supérieure à 100° C/sec.
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